專利名稱：無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機。
背景技術(shù)：
雙轉(zhuǎn)子電機具有兩個轉(zhuǎn)速彼此獨立的轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)軸，可實現(xiàn)雙軸獨立驅(qū)動，因此在多種場合具有廣闊的應(yīng)用前景，例如混合動力汽車的電驅(qū)動系統(tǒng)、汽車和風(fēng)力發(fā)電機的電無級變速器以及現(xiàn)代機床數(shù)控轉(zhuǎn)臺等。目前國內(nèi)外已經(jīng)公發(fā)的雙轉(zhuǎn)子永磁電機是由外轉(zhuǎn)子永磁電機和一臺內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁電機套在一起并共用一個定子的新型電機。但因其可以看成兩個獨立的普通電機，所以必須要有兩個控制器，使得控制機構(gòu)比較復(fù)雜，并且對于電機本體，因為結(jié)構(gòu)上還存在定子部分，因此體積較大。同時其逆變器在電機外固定，逆變器輸出端與電機輸入端的連接基本都采用三電刷的連接方式，電刷數(shù)的增加會導(dǎo)致磨損故障概率的增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供了一種無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的?！N無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機，包括機殼、夕卜轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，所述外轉(zhuǎn)子包括外轉(zhuǎn)軸，所述外轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端設(shè)置在機殼內(nèi)部，外轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端上設(shè)有外轉(zhuǎn)子鐵芯以及嵌入外轉(zhuǎn)子鐵芯的外轉(zhuǎn)子繞組，外轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端端部設(shè)有端蓋，所述外轉(zhuǎn)軸的外端伸出機殼的第一端外，外轉(zhuǎn)軸的外端上靠近端部處設(shè)有兩個滑環(huán)，所述兩個滑環(huán)上分別連接電刷，所述機殼內(nèi)部機殼第一端與外轉(zhuǎn)子鐵芯之間的外轉(zhuǎn)軸上設(shè)有逆變器；所述內(nèi)轉(zhuǎn)子包括內(nèi)轉(zhuǎn)軸，所述內(nèi)轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端設(shè)置在外轉(zhuǎn)子內(nèi)部，內(nèi)轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端上與外轉(zhuǎn)子鐵芯相對應(yīng)處設(shè)有內(nèi)轉(zhuǎn)軸鐵芯以及沿圓周方向交錯設(shè)置在內(nèi)轉(zhuǎn)軸鐵芯外側(cè)壁上的永磁體；所述內(nèi)轉(zhuǎn)軸的外端伸出與機殼第一端相對的第二端外。所述逆變器與外轉(zhuǎn)軸固定連接并一起旋轉(zhuǎn)，逆變器的輸出端通過三相線纜與外轉(zhuǎn)子繞組連接。所述無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機，還包括蓄電池，所述蓄電池輸出端直接與電刷相連接。所述逆變器將經(jīng)電刷和滑環(huán)傳遞過來的蓄電池的直流電變成所需的交流控制電壓，用于調(diào)節(jié)電機的電磁轉(zhuǎn)矩以及內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速差。所述無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機,包括以下能量雙向流動-電動狀態(tài)，能量由蓄電池經(jīng)電刷、滑環(huán)和逆變器送到電機，電能轉(zhuǎn)化為機械能；-放電狀態(tài)，能量由電機經(jīng)逆變器、滑環(huán)和電刷送到蓄電池，機械能轉(zhuǎn)化為電能。所述外轉(zhuǎn)子鐵芯為圓環(huán)形，其外圓周表面沿軸向開有若干個槽，所述若干個槽的開口中心線圍繞內(nèi)轉(zhuǎn)軸均勻分布，外轉(zhuǎn)子繞組分別嵌入所述槽內(nèi)形成三相繞組。所述內(nèi)轉(zhuǎn)軸的外端通過內(nèi)轉(zhuǎn)子-機殼間軸承與機殼轉(zhuǎn)動連接，所述內(nèi)轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端通過內(nèi)轉(zhuǎn)子-外轉(zhuǎn)子間軸承與外轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接，形成內(nèi)轉(zhuǎn)子獨立轉(zhuǎn)動；所述外轉(zhuǎn)子通過外轉(zhuǎn)子軸承與機殼轉(zhuǎn)動連接，其端蓋通過端蓋軸承與內(nèi)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接，形成外轉(zhuǎn)子獨立轉(zhuǎn)動。所述內(nèi)轉(zhuǎn)軸為輸入軸，相應(yīng)地，所述外轉(zhuǎn)軸為輸出軸；或所述內(nèi)轉(zhuǎn)軸為輸出軸，相應(yīng)地，所述外轉(zhuǎn)軸為輸入軸。所述內(nèi)轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端端部與外轉(zhuǎn)軸之間設(shè)有氣隙。本發(fā)明提供的無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機，只設(shè)有外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，取消了固定在機殼上的定子，因此電機制作復(fù)雜程度得到很大的降低，電機本體體積能得到減小。同時，本發(fā)明將逆變器置于電機機殼內(nèi)，與外轉(zhuǎn)軸固定，隨著外轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)，蓄電池通過電刷與滑環(huán)連接，為逆變器提供直流電，因此本發(fā)明的電機只需用到2個電刷和滑環(huán)，緩解了一般三電刷雙轉(zhuǎn)子電機在運行穩(wěn)定性和使用壽命方面存在的問題。另外，由于本發(fā)明只需一個控制器，控制比較方便?？刂破鲗⒔?jīng)電刷和滑環(huán)傳遞過來的蓄電池的直流電壓電流進行變換，產(chǎn)生所需的交流控制電壓和電流，直接送給本發(fā)明電機的外轉(zhuǎn)子繞組，以控制磁場的變化來達到控制電機輸出轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)矩的目的。


通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，I為機殼I;2為外轉(zhuǎn)子軸承；3為外轉(zhuǎn)軸；4為內(nèi)轉(zhuǎn)軸；5為內(nèi)轉(zhuǎn)子-外轉(zhuǎn)子間軸承；6為永磁體；7為外轉(zhuǎn)子鐵芯；8為外轉(zhuǎn)子繞組；9為端蓋；10為端蓋軸承；11為滑環(huán)；12為電刷；13為蓄電池；14為逆變器；15為內(nèi)轉(zhuǎn)子-機殼間軸承。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。如圖1所示，本實施例包括機殼1、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，外轉(zhuǎn)子包括外轉(zhuǎn)軸3，外轉(zhuǎn)軸3的內(nèi)端設(shè)置在機殼I內(nèi)部，其上設(shè)有外轉(zhuǎn)子鐵芯7以及嵌入外轉(zhuǎn)子鐵芯7的外轉(zhuǎn)子繞組8，其端部設(shè)有端蓋9，外轉(zhuǎn)軸3的外端伸出機殼I的第一端外，其上靠近端部處設(shè)有兩個滑環(huán)11，兩個滑環(huán)11上分別連接電刷12，機殼I內(nèi)部機殼第一端與外轉(zhuǎn)子鐵芯7之間的外轉(zhuǎn)軸3上設(shè)有逆變器14 ;內(nèi)轉(zhuǎn)子包括內(nèi)轉(zhuǎn)軸4，內(nèi)轉(zhuǎn)軸4的內(nèi)端設(shè)置在外轉(zhuǎn)子內(nèi)部，其上與外轉(zhuǎn)子鐵芯7相對應(yīng)處設(shè)有內(nèi)轉(zhuǎn)軸鐵芯以及沿圓周方向交錯設(shè)置在內(nèi)轉(zhuǎn)軸鐵芯外側(cè)壁上的永磁體6 ;內(nèi)轉(zhuǎn)軸4的外端伸出與機殼第一端相對的第二端外。進一步地，本實施例還包括蓄電池13，蓄電池13輸出端直接與電刷12相連接。進一步地，外轉(zhuǎn)子鐵芯7為圓環(huán)形，其外圓周表面沿軸向開有若干個槽，該若干個槽的開口中心線圍繞內(nèi)轉(zhuǎn)軸均勻分布，外轉(zhuǎn)子繞組8分別嵌入上述槽內(nèi)形成三相繞組。進一步地，內(nèi)轉(zhuǎn)軸4的外端通過內(nèi)轉(zhuǎn)子-機殼間軸承15與機殼I轉(zhuǎn)動連接，內(nèi)轉(zhuǎn)軸4的內(nèi)端通過內(nèi)轉(zhuǎn)子-外轉(zhuǎn)子間軸承5與外轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動連接，從而形成內(nèi)轉(zhuǎn)子獨立轉(zhuǎn)動；外轉(zhuǎn)子通過外轉(zhuǎn)子軸承2與機殼I轉(zhuǎn)動連接，其端蓋9通過端蓋軸承10與內(nèi)轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn)動連接，從而形成外轉(zhuǎn)子獨立轉(zhuǎn)動。進一步地，內(nèi)轉(zhuǎn)軸4和外轉(zhuǎn)軸3均可以為輸入軸，相應(yīng)地，另一轉(zhuǎn)軸為輸出軸。進一步地，逆變器14與外轉(zhuǎn)軸3固定連接并一起旋轉(zhuǎn)，其輸出端通過三相線纜與外轉(zhuǎn)子繞組8連接。進一步地，逆變器14將經(jīng)電刷12和滑環(huán)11傳遞過來的蓄電池13的直流電變成所需的交流控制電壓，用于調(diào)節(jié)電機的電磁轉(zhuǎn)矩以及內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速差。進一步地，內(nèi)轉(zhuǎn)軸4的內(nèi)端端部與外轉(zhuǎn)軸3之間設(shè)有很小的氣隙。本實施例的工作原理為蓄電池13通過電刷12和滑環(huán)11為逆變器14提供恒定的直流電，逆變器14根據(jù)電機所需的輸出信息(負載轉(zhuǎn)矩或者轉(zhuǎn)速值)和傳感器反饋回來的電機運行狀況(輸出轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速值)，生成所需的三相交流電，送到外轉(zhuǎn)子繞組8，在繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，與永磁體6產(chǎn)生的磁場相互作用，從而實現(xiàn)電機增速(增矩)或者減速(減矩)的控制要求。進一步地,本實施例包括以下能量雙向流動-電動狀態(tài)，能量由蓄電池經(jīng)電刷、滑環(huán)和逆變器送到電機，電能轉(zhuǎn)化為機械能；-放電狀態(tài)，能量由電機經(jīng)逆變器、滑環(huán)和電刷送到蓄電池，機械能轉(zhuǎn)化為電能。本實施例具體控制方法如下當(dāng)要求輸出軸轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速相等時，控制外轉(zhuǎn)子繞組8的電流為直流，調(diào)節(jié)其大小使氣隙磁場作用下所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和輸出軸轉(zhuǎn)矩平衡。當(dāng)要求輸出軸轉(zhuǎn)速大于輸入軸轉(zhuǎn)速時，逆變器14施加給外轉(zhuǎn)子繞組8 一個與輸入軸同方向旋轉(zhuǎn)的電流矢量，控制此電流的大小，使氣隙磁場的作用下產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和輸出軸轉(zhuǎn)矩平衡，控制電流矢量對應(yīng)的機械轉(zhuǎn)速等于輸入輸出軸的轉(zhuǎn)速差，即控制勵磁電流矢量對應(yīng)的轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速之和與輸出軸轉(zhuǎn)速相等。當(dāng)要求輸出軸轉(zhuǎn)速小于輸入軸轉(zhuǎn)速時，逆變器14施加給外轉(zhuǎn)子繞組8—個與輸入軸反方向旋轉(zhuǎn)的電流矢量，控制此電流的大小，使氣隙磁場的作用下產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和輸出軸轉(zhuǎn)矩平衡，控制電流矢量對應(yīng)的機械轉(zhuǎn)速等于輸入輸出軸的轉(zhuǎn)速差，即控制勵磁電流矢量對應(yīng)的轉(zhuǎn)速與輸出軸轉(zhuǎn)速之和與輸入軸轉(zhuǎn)速相等。本實施例將逆變器14置于電機機殼內(nèi)，與外轉(zhuǎn)軸3固定，隨著外轉(zhuǎn)軸3 —起旋轉(zhuǎn)，蓄電池13通過電刷12與滑環(huán)11連接，為逆變器4提供直流電，因此本實施例電機只需用到2個電刷和滑環(huán)，緩解了一般三電刷雙轉(zhuǎn)子電機在運行穩(wěn)定性和使用壽命方面存在的問題。另外本實施例只需一個控制器，控制機構(gòu)比較簡單?？刂破鲗⒔?jīng)電刷12和滑環(huán)11傳遞過來的蓄電池的直流電壓電流進行變換，產(chǎn)生所需的交流控制電壓和電流，直接送給本實施例的外轉(zhuǎn)子繞組8，以控制磁場的變化來達到控制電機輸出轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)矩的目的。因逆變器的輸出功率只與內(nèi)外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速差和電磁轉(zhuǎn)矩有關(guān)，即使內(nèi)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速都很高但功率卻很小，因此逆變器模塊體積小、重量輕，對于輸入軸轉(zhuǎn)動慣量的影響很小。
以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機，包括機殼、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述外轉(zhuǎn)子包括外轉(zhuǎn)軸，所述外轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端設(shè)置在機殼內(nèi)部，外轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端上設(shè)有外轉(zhuǎn)子鐵芯以及嵌入外轉(zhuǎn)子鐵芯的外轉(zhuǎn)子繞組，外轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端端部設(shè)有端蓋，所述外轉(zhuǎn)軸的外端伸出機殼的第一端外，外轉(zhuǎn)軸的外端上靠近端部處設(shè)有兩個滑環(huán)，所述兩個滑環(huán)上分別連接電刷，所述機殼內(nèi)部機殼第一端與外轉(zhuǎn)子鐵芯之間的外轉(zhuǎn)軸上設(shè)有逆變器；所述內(nèi)轉(zhuǎn)子包括內(nèi)轉(zhuǎn)軸，所述內(nèi)轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端設(shè)置在外轉(zhuǎn)子內(nèi)部，內(nèi)轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端上與外轉(zhuǎn)子鐵芯相對應(yīng)處設(shè)有內(nèi)轉(zhuǎn)軸鐵芯以及沿圓周方向交錯設(shè)置在內(nèi)轉(zhuǎn)軸鐵芯外側(cè)壁上的永磁體；所述內(nèi)轉(zhuǎn)軸的外端伸出與機殼第一端相對的第二端外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機，其特征在于，所述逆變器與外轉(zhuǎn)軸固定連接并一起旋轉(zhuǎn)，逆變器的輸出端通過三相線纜與外轉(zhuǎn)子繞組連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機，其特征在于，還包括蓄電池，所述蓄電池輸出端直接與電刷相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機，其特征在于，還包括蓄電池，所述蓄電池輸出端直接與電刷相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機，其特征在于，所述逆變器將經(jīng)電刷和滑環(huán)傳遞過來的蓄電池的直流電變成所需的交流控制電壓，用于調(diào)節(jié)電機的電磁轉(zhuǎn)矩以及內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速差。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機，其特征在于，包括以下能量雙向流動: -電動狀態(tài)，能量由蓄電池經(jīng)電刷、滑環(huán)和逆變器送到電機，電能轉(zhuǎn)化為機械能； -放電狀態(tài)，能量由電機經(jīng)逆變器、滑環(huán)和電刷送到蓄電池，機械能轉(zhuǎn)化為電能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機，其特征在于，所述外轉(zhuǎn)子鐵芯為圓環(huán)形，其外圓周表面沿軸向開有若干個槽，所述若干個槽的開口中心線圍繞內(nèi)轉(zhuǎn)軸均勻分布，外轉(zhuǎn)子繞組分別嵌入所述槽內(nèi)形成三相繞組。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機，其特征在于，所述內(nèi)轉(zhuǎn)軸的外端通過內(nèi)轉(zhuǎn)子-機殼間軸承與機殼轉(zhuǎn)動連接，所述內(nèi)轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端通過內(nèi)轉(zhuǎn)子-外轉(zhuǎn)子間軸承與外轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接，形成內(nèi)轉(zhuǎn)子獨立轉(zhuǎn)動；所述外轉(zhuǎn)子通過外轉(zhuǎn)子軸承與機殼轉(zhuǎn)動連接，其端蓋通過端蓋軸承與內(nèi)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接，形成外轉(zhuǎn)子獨立轉(zhuǎn)動。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機，其特征在于，所述內(nèi)轉(zhuǎn)軸為輸入軸，相應(yīng)地，所述外轉(zhuǎn)軸為輸出軸；或 所述內(nèi)轉(zhuǎn)軸為輸出軸，相應(yīng)地，所述外轉(zhuǎn)軸為輸入軸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至 4中任一項所述的無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機，其特征在于，所述內(nèi)轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端端部與外轉(zhuǎn)軸之間設(shè)有氣隙。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無定子的兩電刷雙轉(zhuǎn)子內(nèi)圈永磁體同步電機，包括機殼、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，外轉(zhuǎn)子包括外轉(zhuǎn)軸，外轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端設(shè)置在機殼內(nèi)部，外轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端上設(shè)有外轉(zhuǎn)子鐵芯以及嵌入外轉(zhuǎn)子鐵芯的外轉(zhuǎn)子繞組，外轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端端部設(shè)有端蓋，外轉(zhuǎn)軸的外端伸出機殼的第一端外，外轉(zhuǎn)軸的外端上靠近端部處設(shè)有兩個滑環(huán)，兩個滑環(huán)上分別連接電刷，機殼內(nèi)部機殼第一端與外轉(zhuǎn)子鐵芯之間的外轉(zhuǎn)軸上設(shè)有逆變器；內(nèi)轉(zhuǎn)子包括內(nèi)轉(zhuǎn)軸，內(nèi)轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端設(shè)置在外轉(zhuǎn)子內(nèi)部，內(nèi)轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端上設(shè)有內(nèi)轉(zhuǎn)軸鐵芯以及沿圓周方向交錯設(shè)置在內(nèi)轉(zhuǎn)軸鐵芯外側(cè)壁上的永磁體；內(nèi)轉(zhuǎn)軸的外端伸出第二端外。本發(fā)明突破了一般電機只有一個旋轉(zhuǎn)軸的限制，并省去了定子部分，可應(yīng)用于多種場合。
文檔編號H02K16/00GK103078457SQ20121058095
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者張希, 殷承良, 沈輝 申請人:上海交通大學(xué)